的正弦电压时，交流电机内产生圆形磁场并以此磁场为基准，通过逆变器功率器件的不同开关模式产生有效矢量来逼近基准园，并产生三相互差120?电角度的接近正弦波的电流来驱动电机。
本文主要用的是三相空间电压矢量控制：基于固定开关频率的电流控制，即使同步旋转坐标系dq0轴系中的电流调节器输出空间电压矢量指令，再用SVPWM策略使电压型整流器跟踪电压矢量指令，从而达到控制电流的目的。
第三章 永磁同步电动机的双闭环PI调速系统及参数设计 在闭环负反馈系统中，当以调节器为核心的闭环多于一个时，我们称其为多环系统。常见的多环系统有转速电流双闭环调速系统、带电流变化率内环和带电压内环的三环调速系统。尤其以转速电流双闭环调速系统最为典型。本课题采用的是转速电流双闭环调速系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接。这就是说，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。 3.1 PI调节器
PI控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的，其原理图如图3-1。
图3-1 PI控制系统原理图
PI控制器传递函数常见的表达式有以下两种：
k(1)G?s??kp?i，kp为比例增益，ki为积分增益；
s1(2)G?s??kp?，kp为比例增益，Ti为积分时间常数。
TiS这两种表达式并无本质区别，在不同的仿真软件和硬件电路中也都被广泛采用。
比例（P，Proportion）控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能及时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏
差一旦产生，调节器立即产生控制作用，以减少偏差。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
在积分（I，Integral）控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。 3.2 PI调节器的参数设计
永磁同步电机电流、速度双闭环控制系统是一种多环系统,设计多环系统的一般方法是:从内环开始逐步向外扩大,一环一环地进行设计。先从电流环入手,设计好电流调节器,然后把电流环看作是速度调节系统中的一个环节,再设计速度环,因此首先考虑进行电流环的设计实现。电流环的作用是:提高系统的快速性,抑制电流环内部干扰,限制最大电流以保障系统安全运行。速度环的作用是:增强系统抗负载扰动的能力,抑制速度波动。下面分别论述电流环和速度环调节器的设计。 3.2.1 电流环调节器的参数设计
相对速度环而言,电流内环一般只与PWM逆变器和电机参数有关,不受外部负载变化的影响,所以电流环有固定的结构,如图3-2所示,电流环的参数可以按一定方法计算。
图3-2 电流环的传递函数 上图中，Gi(s)是电流PI调节器的传递函数,Kp是电流PI调节器比例系数,?c是调节器积分时间常数,通常Gi(s)在数字实现中写成比例和积分分开的形式：
Gi(s)?kp?式中，kp为积分系数，ki?ki skp?c。
在图3-2中,电流环的控制对象为:PWM逆变器和电机的电枢回路。PWM逆变器一般可以看成具有时间常数Ts(Ts=1/fs,fs为逆变器开关管的工作频率)的一阶惯性环节。电机的电枢回路有电阻R、电感L,也可以看成一阶惯性环节。TL是电感时间常数(等于L/R,此处L,R为电机的电感和电阻,对永磁同步电机来说是电机定子电感和电阻,对异步电机来说是定子漏感和定子电阻),KR=1/R,反映了稳态时dq坐标下电机电压和电流的比例关系。Kpwm表示逆变器的放大倍数,而Ts是开关周期,代表逆变器的延时。Tif是电流反馈通道的滤波时间常数,Kif为电流反馈的放大倍数。
图3-2中的开环传递函数写成传递函数形式为：
KpKpwmKRKif??cs?1? G?s??
?c?Tcs?1??Tss?1??Tifs?1?式中,一般而言,电感时间常数TL远大于滤波时间常数Tif和开关周期Ts。逆变器的放大倍数Kpwm定义为实际输出电压和与给定电压的比值,在数字控制中,采用SVPWM控制时,逆变器输出电压与给定电压相等,因此Kpwm=1。电流反馈值采用数字AD采样值,反馈值代表了电流的实际值,因此放大倍数Kif=1。
按照调节器的工程设计方法,选择电流调节器的零点对消被控对象的大时间常数极点,即:
L ?c?TL?
R所以上式G?s?可以写为：
Kp G?s??
R?cs?Tss?1??Tifs?1?由于Ts和Tif都是小时间常数,可用一个时间常数为Tsf的一阶环节代替这两个惯性环节,Tsf等于Ts和Tif之和,于是电流环的开环传递函数可简化为一个典型Ⅰ型系统：
K
s?Tsfs?1?K式中，Tsf?Ts?Tif，K?p。
R?c G?s??这时,对应的电流闭环传递函数??s?为一个典型二阶系统：
K/Tsf?n2 ??s?? ?sKs2?2??ns??n22s??TifTif式中，??121。 KTsf按照二阶系统最优的指标,令?=0.707,则可算出相应的环路增益K=1/(2Tsf),再根据各环节的放大倍数,即可确定增益Kp。又因为?c等于TL,所以电流控制器的参数就确定了,即：
L ?c?
RL Kp?
2Tsf Ki?R 2Tsf3.2.2 速度环调节器的设计
在系统中交轴电流iq控制环是速度环的内环,因此设计速度环首先要得到iq控制环的闭环传递函数,然后将其作为转速环中的一个环节再进行速度环的设计。由于转速环的截止频率一般较低,因此电流环传递函数可去掉高次项降阶近似为
1 ??s??
2Tsfs?11是转速反馈滤波环节,在转速给定路径上也加上这样一个环节,移T?s?1到环内得到速度环闭环控制系统框图,如图3-3所示。
图3-3 速度环结构图
速度环一般校正成典型Ⅱ系统,其开环传递函数为以下形式: